燃烧与化学热力学.ppt

燃烧与化学热力学 热力学 研究对象：数量很大的微观粒子所组成的系统 热力学是专门研究能量相互转变过程中所遵循法则的一门科学，即不需要知道物质的内部结构、只从能量观点出发便可得到一系列规律的一门科学。 热力学是热物理学的宏观理论，其局限性： 它只适用于粒子数很多的宏观系统； 主要研究物质在平衡态下的性质，不能解答系统如何从非平衡态进入平衡态的过程； 它把物质看为连续体，不考虑物质的微观结构。 化学热力学 应用热力学的基本原理研究化学现象以及和化学有关的物理现象，就称为化学热力学。 化学热力学的研究内容 化学反应中能量的转化（化学能与其它形式能量相互转化的数量关系）以及化学反应的方向和限度。 热力学研究的是处于平衡状态的系统，适用于流动现象和稍稍偏离平衡状态的不可逆化学反应。 化学热力学的研究方法 古典热力学的方法只能预测热力学平衡的状态，如果要用古典热力学来研究某一过程，则必须将它看成是由一系列处于热力学平衡的状态所组成，即是说它进行得无限缓慢，而且这样的过程必须是可逆的。所谓可逆过程是指系统和其环境都处于平衡状态。 实际：一系列不平衡状态所组成的不可逆过程。 不平衡热力学方法。 机械不平衡或热不平衡系统： 将系统划分为许多子系统，这些子系统的尺寸相对于原来的系统而言非常之小，但相对于系统介质的分子结构而言却仍然非常大 假设每一个子系统都处于内部的局部平衡状态（但不一定与周围的子系统处于平衡状态），则平衡热力学和状态变量的概念就能应用于各个子系统 通过积分对整个非平衡系统的特性有全面的了解 化学不平衡系统 首先假设系统处于机械平衡和热平衡状态，且在空间均匀 然后假设系统具有一个有限的体积V 由于系统处于机械平衡和热平衡，可以给定一个有限的压力P 由于系统均匀，其成分可用每一化学组分Mi的摩尔数ni来表述。于是，对于由N个化学组分构成的系统，其热力学状态便可以由p，V，n1，n2，…，nN的值完整地表达出来。其中p是强度量，而V和ni(i=1,2,…,N)是容积量。 2.1.1 热力系统 3、热力系统分类 2.1.2 状态和状态参数 状态参数的微分特征 强度参数与广延参数 2.1.3 平衡状态 热力学平衡 三种不同的平衡状态： 机械平衡—当系统内部或系统与环境之间不存在 不平衡的力时，即为机械平衡 热平衡 — 当系统各部分均处于相同的温度并与环 境温度相同时，即为热平衡 化学平衡—当系统不存在化学成分自发变化的趋 势（不管多么慢）时，即为化学平衡 当所有这三种平衡都满足时，即可认为系统已处于热力学平衡状态。 平衡与稳定 为什么引入平衡概念？ 2、状态方程 理想气体混合物 理想气体混合物—例 3、热力学第一定律 体系吸收热量： Q为正值；反之为负值。 体系对环境做功：W为正值；反之为负值。 4、化学反应的热效应与焓变 大多数化学反应体系都属于封闭体系 在这类反应的过程中，体系通常以热量和体积功与环境交换能量，而体积功与热量相比是微不足道的 热力学第一定律 ?U=Q-W 反应热的定义 定压反应热Qp 设某一封闭体系在温度T和压力p状况下含有给定摩尔数ni的N种不同的组分，当这个系统经历一个等压过程，在此过程中，ni的值发生变化，而T的初始值与终了值却相同，那么系统所放出或吸收的热量就是该过程的定压反应热。 定容反应热Qv 热力学第一定律 ?U=Q-W 对于任何条件下的封闭体系都适用 W包括体积功和非体积功，一般条件下进行的化学反应只做体积功，即W等于体积功 若化学反应在固定体积的密闭容器中进行，则W=0，此时 Qv= ?U 该式表明：在定容条件下，体系所放出或吸收的热量恰好等于体系内能的变化 定容过程的焓变 热化学方程式 表示化学反应与热效应关系的方程式。如： 焓的性质决定了化学反应的焓变与反应的条件如温度、压力等有关，也与反应物和生成物的物态和数量有关，需注意： 要标明反应温度和压力。298K和101.325kPa，习惯上可不予注明。 化学式的右侧注明物质的物态，因为物质的聚集状态不同，焓值不同。 化学式左侧的系数只表示物质的量，不表示分子数，因此可以是分数。一个反应中化学式左侧的系数不同反应热是不同的，故不能随意扩大或缩小其倍数。 盖斯定律 1840年盖斯在总结大量实验事实的基础上，提出了一条定律： 一个化学反应不管是一步完成还是几步完成，其热效应总是相同的。